כיצד הטמפרטורה משפיעה על חילוף החומרים?

מטבוליזם מתאר את כל התגובות הכימיות המעורבות בקיום חייו של אורגניזם. זה התהליך שבו בני אדם ואורגניזמים אחרים הופכים מזון לאנרגיה. חום הוא גם תוצר לוואי של חילוף החומרים וגם סוג של אנרגיה שמשפיעה על מהירות חילוף החומרים, המכונה גם קצב חילוף החומרים.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

מטבוליזם הוא התהליך שבו אוכל הופך לאנרגיה. חום נפלט מאורגניזמים כתוצר לוואי של תהליך זה. מכיוון שבעלי חיים אקטותרמיים אינם יכולים לווסת את טמפרטורות גופם שלהם, חילוף החומרים שלהם מושפע מהטמפרטורה החיצונית.

למטבוליזם שני מסלולים מטבוליים. הראשון הוא המסלול הקטבולי, המפרק תרכובות מורכבות, כמו גלוקוז וחלבונים, לתרכובות פשוטות. זה הופך את האנרגיה לזמינה לעבודת התא. המסלול השני הוא המסלול האנאבולי, הבונה תרכובות מורכבות הדרושות לגוף, כגון חלבון לשריר, מתרכובות פשוטות אלה. מכיוון שלא ניתן לחזות תגובות כימיות - יתכן שהם לא מייצרים את התרכובות הנכונות, או את הכמות הנדרשת - תאים זקוקים לאנזימים כדי לווסת את הפעילות המטבולית. אנזימים מפגישים את הכימיקלים הנכונים ומזרזים את התגובות הכימיות. לכן אנזימים הם זרזים לתגובות כימיות.

רק כמות קטנה מהאנרגיה המתקבלת מהמזון הופכת לאנרגיה שמניעה תאים. השאר אבד כחום, שהוא תוצר לוואי של תגובות כימיות. החום הזה בורח מגופם של בני אדם ואורגניזמים אחרים והוא הגורם לחדר מלא באנשים להתחמם בצורה לא נוחה. לחום הנוצר מטבוליזם יש תפקיד חשוב בשמירה על גופם של בעלי חיים אנדותרמיים. אנדותרמות, בעיקר ציפורים ויונקים, הן בעלי חיים שמסוגלים לווסת את טמפרטורת הגוף שלהם באמצעות האנרגיה שנוצרת על ידי חילוף החומרים.

התאים של כל אורגניזם נתון מכילים סוגים רבים ושונים של אנזימים, שכל אחד מהם אחראי לתגובה כימית מסוימת. כל האנזימים הללו דורשים טווח טמפרטורות דומה על מנת לתפקד. ניתן לדמיין את הקשר בין קצב חילוף החומרים לטמפרטורה כעקומה בצורת גבנון. פעילות האנזים, ולכן מטבוליזם, איטית בקצות התחתונים והתחתונים של טמפרטורת נתון, והגבוהה ביותר בנקודה אופטימלית כלשהי. הטמפרטורה האופטימלית לאנזים האנושי האופייני היא 37 מעלות צלזיוס (98.6 מעלות פרנהייט). לכן גוף האדם שומר על טמפרטורה של כ 37 מעלות צלזיוס כדי למקסם את קצב חילוף החומרים. פעילות האנזים יורדת בחדות בטמפרטורות מעל 98.6 מעלות, ובטמפרטורות גבוהות אנזימים "דנטוריים", כלומר הם מאבדים את מבנהם והופכים חסרי תועלת.

הטמפרטורה בסביבה הסובבת משפיעה ישירות על קצב חילוף החומרים של בעלי חיים אקטותרמיים, בעלי חיים שאינם מסוגלים לווסת את טמפרטורת גופם שלהם. למשל, קצב חילוף החומרים של הלטאות נמוך בטמפרטורות קרות ובטמפרטורות חמות גבוה. המשמעות היא שללטאות אינן יכולות להיות פעילות מאוד בקור מכיוון שאין להן אנרגיה לעשות זאת, בעוד שבטמפרטורות גבוהות הן יכולות לנוע במהירות אך עליהן לצרוך מזון כדי לתדלק את תהליך חילוף החומרים. מדענים מאמינים כי חום מעלה את קצב חילוף החומרים של בעלי חיים על ידי הגדלת כמות האנרגיה הקינטית הזמינה לתאים. אנרגיה קינטית היא האנרגיה הקשורה לאובייקטים נעים. חום מגביר את האנרגיה הקינטית בתאים על ידי האצת המולקולות המעורבות בתגובות כימיות, ומפגיש אותן לעיתים קרובות יותר. עבור בעלי חיים אנדותרמיים, פעולת ויסות טמפרטורת הגוף מגבירה את קצב חילוף החומרים. הפעולות הדרושות להתקררות, למשל התנשמות, או התחממות, למשל צמרמורות, דורשות אנרגיה ובכך מטבוליזם מהיר יותר של המזון.